CN1558289A - 一种柱面成像的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的圆柱面成像方法是：一个典型的由镜头和传感器组成的成像***，在其镜头靠物方一侧安装一个圆锥体反光镜，通常采用顶角为90度的圆锥体反光镜，圆锥体反光镜的旋转轴与成像***主光轴重合，使圆锥体反光镜四周的物体经圆锥体反射后被成像***成像，而成像***主光轴前方的物体被遮挡不能成像。本发明能够把主光轴四周的一个圆柱面的物体成像在传感器的各个环带上，该成像圆柱面的半径大小可以通过镜头对焦来调整，圆柱面轴向视场角可以通过改变成像镜头焦距和传感器成像面大小来调整，而圆周方向始终是完整的一周，即360度。特别适合于圆柱型管状物体内壁的检测成像。
Description
技术领域
本发明涉及一种圆柱面成像的方法。
背景技术
一般的成像***都是对平面物体成像的，如不考虑成像的景深因素，被成像物面是一个平面，像平面大多数也是平面。这一类成像***对一般应用场合是完全适用的。除了平面成像以外，还有二种成像方式：一种是360度转动全景成像，另一种是半球成像。360度转动全景成像***是一种分时扫描成像***，需要一个转动扫描机构，保证镜头转动与胶片移动同步进行，该***的成像面是一个以镜头为圆心，光轴方向(也即水平方向)物距为半径的垂直于地平面的圆柱面，适合于集体照、大场景等的拍摄。半球成像技术是最近才出现的新技术，它能一次性的对镜头正面半球空间离镜头同一距离的景物清晰成像，比一般的广角、鱼眼镜头有更大的视场角。
但是有些被摄物体，如炮筒、下水管道等圆柱型管道内壁等，一般的平面成像***就需要有轴向和圆周方向二个扫描***，成像过程非常慢；全景成像***因为本身是扫描成像，加上管道内壁成像时需要的轴向扫描，与平面成像***一样，也是一个二维扫描过程，速度慢；而半球成像***是对镜头正面半球空间离镜头同一距离的景物成清晰像，管道内壁只有很小的一圈而不是较大的一段能成清晰像，而且半球成像***本身结构复杂，成本很高。因此目前没有一种成像***能对管状物体内壁清晰快速成像。
发明内容
本发明的目的是提供一种圆柱面成像的方法。
本发明的圆柱面成像的技术解决方案是：一个典型的由镜头和传感器组成的成像***，在其镜头靠物方一侧安装一个圆锥体反光镜，圆锥体反光镜的旋转轴与成像***主光轴重合，使圆锥体反光镜四周的物体经圆锥体反射后被成像***成像，而成像***主光轴前方的物体被遮挡不能成像。
通常，采用顶角为90度的圆锥体反光镜，圆锥体的旋转轴与主光轴重合，使圆锥体反光镜四周的物体经圆锥体反射的光路转向正好为90度，被成像物面为圆锥体四周的圆柱环带，该圆柱环带中心线与主光轴重合。
本发明的成像***能够把以主光轴为轴心的一个圆柱面的物体清晰成像在传感器的各个环带上，该被成像圆柱面的半径大小可以通过镜头对焦来调整，圆柱面轴向视场角可以通过改变成像镜头焦距和传感器成像面大小来调整，而圆周方向始终是完整的一周，即360度。特别适合于圆柱型管状物体内壁的检测成像。
本发明的特点：
1)被成像物体面为一个以主光轴为轴心的圆柱面，离光轴相同距离的整个圆柱面均能清晰成像，特别适合于圆柱型管状物体内壁的检测成像；
2)被成像圆柱面的半径大小可以通过镜头对焦来调整；
3)圆柱面轴向视场角可以通过改变成像镜头焦距和传感器成像面大小来调整；
4)一次成像就能对圆柱面完整的一周，即360度成像，免去了圆周方向的扫描运动，成像速度大大提高。
附图说明
图1是本发明方法的原理示意图；
图2是本发明圆柱面成像方法的物面与像面对应关系，图2a为物面，即被成像圆柱面展开图，图2b是所成图像示意图；
图3不同对焦位置时，被清晰成像的圆柱面半径变化示意图；
图4为成像镜头不同焦距时圆柱面轴向视场角的变化。
具体实施方式
本发明提出的圆柱面成像方法，其原理参照图1，一个典型的由传感器1和镜头2组成的成像***，其镜头靠物方一侧安装一个圆锥体反光镜3，图例所示，安装的是一个顶角为90度的圆锥体反光镜，圆锥体反光镜的旋转轴与主光轴重合，图中用OO’表示，使圆锥体四周的圆柱面4上的物体经圆锥体反射后被成像***成像，而成像***主光轴OO’前方的物体被遮挡不能成像。本发明的成像***能够把以主光轴为轴心的一个圆柱面的一段物体，图中5为成像区域，从AA’圆环到BB’圆环的整段圆柱面清晰成像在传感器的各个环带上。
本发明把圆柱面物体成像于平面状像传感器的圆环上，如图2所示。图2a为物面，被成像圆柱面以展开图表示；图2b为像面。成像***把物方的每一个圆，如图中的景物“ABCDEFGHIJKLMNOP”成像在传感器上的一个环带上，物方不同位置的圆环，在像方成为不同半径的环带。显然物象放大倍率是不均匀的，但是是有规律的，可以用软件给予校正。
采用本发明的圆柱面成像方法，被成像圆柱面的半径大小可以通过镜头对焦，即镜头焦平面和传感器的相对位置来调整，如图3所示。镜头后移，即对较远物体对焦时，清晰成像的圆柱面半径就比较大，(如图3a所示)；而镜头前移，即对较近物体对焦时，清晰成像的圆柱面半径就比较小，(如图3b所示)。
本发明的圆柱面方法，其圆柱面轴向视场角可以通过改变成像镜头焦距和传感器成像面大小来调整，而圆周方向始终是完整的一周，即360度。图4示意画出了成像镜头焦距与圆柱面轴向视场角之间的关系。图4a为镜头焦距比较短的情况，成像区域比较大，即轴向视场角比较大；图4b为镜头焦距比较长的情况，成像区域比较小，即轴向视场角比较小。不同的应用***可以根据需要设计不同焦距的成像镜头，以获得不同的轴向视场角。以1/3”CCD作为像面传感器为例，成像镜头焦距为6毫米时，得到轴向视场角为33度，成像镜头焦距为20毫米时，轴向视场角仅为10度。而圆周方向视场角始终为360度。
本发明提出的圆柱面成像方法特别适合于圆柱型管状物体内壁的检测成像。
Claims (4)
1.一种圆柱面成像的方法，其特征在于，一个典型的由镜头(2)和传感器(1)组成的成像***，在其镜头(2)靠物方一侧安装一个圆锥体反光镜(3)，圆锥体反光镜的旋转轴与成像***主光轴重合，使圆锥体反光镜四周的物体经圆锥体反射后被成像***成像，而成像***主光轴前方的物体被遮挡不能成像。
2.根据权利要求1所述的圆柱面成像的方法，其特征在于，所述的圆锥体反光镜的顶角为90度，使圆锥体反光镜四周的物体经圆锥体反射的光路转向正好为90度，被成像物面为圆锥体四周的圆柱环带，该圆柱环带中心线与主光轴重合。
3.根据权利要求1所述的圆柱面成像的方法，其特征在于，用改变成像镜头焦距和传感器成像面大小来调整成像的圆柱面轴向视场角。
4.根据权利要求1所述的圆柱面成像***，其特征在于，用改变镜头焦平面和传感器的相对位置来调整成像的圆柱面半径大小。
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2004
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